සෝලිඩ ස්ටේට් ත්රැන්ස්ෆොර්මර් තාක්ෂණය: පූර්ණ පරික්ෂණය
ස්ථිර-අවස්ථා ට්රාන්ස්ෆෝමර් තාක්ෂණය: සවිස්තරාත්මක විශ්ලේෂණය
මෙම වාර්තාව ETH Zurich හි බල ඇලෙක්ට්රොනික පද්ධති පර්යේෂණාගාරය විසින් පළ කරන ලද නිබන්ධන මත පදනම්ව ඇති අතර, ස්ථිර-අවස්ථා ට්රාන්ස්ෆෝමර් (SST) තාක්ෂණය පිළිබඳ සවිස්තරාත්මක අවධානයක් සපයයි. SST වල ක්රියාකාරී මූලධර්ම, සාම්ප්රදායික රේඛීය-භාෂා ට්රාන්ස්ෆෝමර් (LFT) වලට එරෙහිව ඒවායේ විප්ලවීය වාසි, ප්රධාන තාක්ෂණ, සැලැස්ම, කාර්මාන්ත යෙදුම් අවස්ථා, වර්තමාන ප්රධාන අභියෝග සහ අනාගත පර්යේෂණ දිශාවන් පිළිබඳ ක්රමානුකූල විශ්ලේෂණයක් සහ සවිස්තරාත්මක පර්යේෂණයක් මෙය අඩංගු වේ. SST අනාගත ස්මාර්ට් ජාල, පුනර්ජනනීය බලශක්ති ඒකාබද්ධ කිරීම, දත්ත මධ්යස්ථාන සහ ප්රවාහන විද්යුත්කරණය සඳහා යතුරු සක්රිය කිරීමේ තාක්ෂණ ලෙස සැලකේ.
1. හැඳින්වීම: SST හි මූලික සංකල්ප සහ මූලික චලනාංග
1.1 සාම්ප්රදායික ට්රාන්ස්ෆෝමර් වල සීමාවන්
සාම්ප්රදායික රේඛීය-භාෂා ට්රාන්ස්ෆෝමර් (50/60 Hz), ඉතා කාර්යක්ෂම, විශ්වසනීය සහ පිරිවැය ඵලදායී වුවද, අභ්යන්තර සීමාවන් ඇත:
විශාල ප්රමාණය සහ බර: අඩු භාෂා ක්රියාකාරීත්වය අතිශය විශාල චුම්භක හරයන් සහ රෝල් අවශ්ය කරයි
ඒකාකාර ක්රියාකාරීත්වය: ක්රියාකාරී පාලන හැකියාවන් නැත, වෝල්ටීයතාව නියාමනය කිරීමට, ප්රතිචාර බලය සංහිත කිරීමට හෝ සැහැල්ලු ප්රවේශයන් අවහිර කිරීමට නොහැක
නර්ඹ අනුවර්තනය: DC පෙරහරුව, භාර අසමතුලිතතාව සහ සැහැල්ලු ප්රවේශයන්ට සංවේදී වේ
නියත අතුරුමුහුණත්: සාමාන්යයෙන් AC-AC පරිවර්තනය පමණක් සහාය දක්වයි, DC පද්ධති සමඟ කෙලින්ම ඒකාබද්ධ කිරීම දුෂ්කර කරයි
1.2 SST හි මූලික වාසි
SST ඉහළ භාෂා බල ඇලෙක්ට්රොනික පරිවර්තන තාක්ෂණය හරහා ශක්ති පරිවර්තනය මූලිකව පරිවර්තනය කරයි:
මධ්යම-භාෂා අභිරහිතතාව: මධ්යම-භාෂා ට්රාන්ස්ෆෝමර් (MFT, සාමාන්යයෙන් kHz මට්ටමේ), ප්රමාණය සහ බර සැලකිය යුතු ලෙස අඩු කරයි (පරිමාව ∝ 1/f)
සම්පූර්ණ පාලනය: ස්වාධීන ක්රියාකාරී/ප්රතිචාර බල පාලනය, සුමට වෝල්ටීයතා නියාමනය, දෝෂ ධාරා සීමා කිරීම සහ අනෙකුත් උසස් ක්රියාකාරිත්වයන් සැලසුම් කරයි
සාර්වත්ර අතුරුමුහුණත්: ආරාධනාව AC/AC, AC/DC, DC/DC පරිවර්තන නිර්වාහනය කරයි, අනාගත AC/DC සංකීර්ණ ජාල සඳහා අභිමත හබ් එකක් බවට පත් කරයි
ඉහළ බල ඝනත්වය: අඩු ප්රමාණ සහ බර සීමා ඇති යෙදුම් සඳහා (රේල් ගමන්, නැව්, දත්ත මධ්යස්ථාන) විශේෂයෙන් සුදුසුය
2. SST ප්රධාන තාක්ෂණ වල ගැඹුරු විශ්ලේෂණය
2.1 ප්රධාන බල පරිවර්තන සැලැස්ම
ඩියුවල් ක්රියාකාරී පාලම (DAB): වඩාත්ම ප්රධාන සැලැස්ම අතර එකකි. පාලම් අතර ප්රාවණ පෙරහරුව පාලනය කිරීමෙන් බලය නියාමනය කරයි, සෘජු-පරිවර්තනය (ZVS) සාක්ෂාත් කර අලාභ අඩු කරයි. පුළුල් බල පාලන පරාස අවශ්ය යෙදුම් සඳහා සුදුසුය.
ඩීසී ට්රාන්ස්ෆෝමර් (DCX): නියත වෝල්ටීයතා පරිවර්තන අනුපාත සාක්ෂාත් කිරීම සඳහා අනුනාදී භාෂාවෙන් ක්රියා කරයි, "සාම්ප්රදායික ට්රාන්ස්ෆෝමර්" මෙන් ක්රියාකාරී පාලනය නොමැතිව බලය හරවයි. සරල ව්යුහය සහ ඉහළ විශ්වසනීයතාවක් ඇත, ISOP වැනි බහු-මොඩියුල ශ්රේණි-ආදාන පද්ධති සඳහා විශේෂයෙන් සුදුසුය, ස්වාභාවික වෝල්ටීයතා සමතුලිතතාව අවස්ථා ලබා දෙයි.
මොඩියුලාර් බහුමට්ටම් පරිවර්තක (MMC): ඉහළ වෝල්ටීයතා මට්ටම් සඳහා සුදුසුය, ඉතා මොඩියුලාර් වන අතර හොඳ අතිරික්තතාවක් සහ ඉහළ ගුණත්වයේ ප්රතිදාන තරංග ඇත, නමුත් පාලන සහ සැපැයුම් වෝල්ටීයතා සමතුලිතතා ඇල්ගොරිතම සංකීර්ණ වේ.
වර්ගීකරණය: විවිධ යෙදුම් අවශ්යතා සඳහා අනුවර්තනය වීමට Input-Series Output-Parallel (ISOP), Isolated Front-End (IFE), Isolated Back-End (IBE) ආදිය ලෙස වර්ග කළ හැකිය.
2.2 බල අර්ධ සන්නායක උපාංග
SiC MOSFET: SST වර්ධනය සඳහා යතුරු සක්රිය කිරීමේ සාධකයකි. එහි ඉහළ බිඳවැටීමේ ක්ෂේත්ර ශක්තිය, ඉක්මන් පරිවර්තන වේගය සහ අඩු ප්රතිරෝධනය මධ්යම-වෝල්ටීයතා, ඉහළ භාෂා යෙදුම් සඳහා අභිමත වේ. 10kV+ SiC උපාංග IEE-Business තනි උපාංග හෝ කිහිපයක් ශ්රේණි වශයෙන් සම්බන්ධ කිරීමෙන් කෙලින්ම මධ්යම-වෝල්ටීයතා අතුරුමුහුණත් දෙසට ගෙන යන අතර, මොඩියුල ගණන අඩු කරයි සහ "මොඩියුලාරිත්වයේ දඬුවම" අඩු කරයි.
IGBT: වර්තමානයේ මධ්යම-වෝල්ටීයතා යෙදුම් වල ප්රචලිතම උපාංගය වන අතර, ප්රගත තාක්ෂණයක් සහ සාපේක්ෂව අඩු පිරිවැයක් ඇත, නමුත් පරිවර්තන භාෂාව සහ ක්රියාකාරිත්වය SiC ට වඩා පසුපස වේ.
2.3 මධ්යම-භාෂා ට්රාන්ස්ෆෝමර් (MFT)
MFT SST වල මූලික කේන්ද්රය සහ සැලසුම් අභියෝගය නියෝජනය කරයි:
සැලසුම් අභියෝග: ඉහළ භාෂාවලදී සැලකිය යුතු උත්පිදන ධාරා අලාභ සහ ආසන්නතා ආචරණය; නිවේශන අවශ්යතා (විශේෂයෙන් ලිහිණි ආඝාත දැරීමේ මට්ටම BIL) භාෂාව සමඟ අඩු නොවන අතර, ප්රමාණය සඳහා සීමාකාරී සාධකයක් බවට පත් වේ; උෂ්ණත්ව අපවාහනය සහ නිවේශනය අතර වෙනස්කම් පවතී.
ද්රව්ය: භාෂාව සහ බල ඇසුරුම් අනුව තෝරා ගනු ලබන සිලිකන් දුම්රිය, අවිච්ඡින්න සම්මිශ්ර, නැනෝක්රිස්ටලයින් ද්රව්ය, ෆෙරයිට්ස් ආදිය.
වියුක්ත සම්බන්ධතාවය: දැඩි ආරක්ෂණ ප්රමිතීන් (උදා: IEC 62477-2) සපුරාලිය යුතු අතර, ක්රෝඩ දුර සහ පැහැදිලි දුර උපකරණ ප්රමාණය තීරණය කරන ප්රධාන සාධක වේ.
සුරැකුම: මධ්යම-වෝල්ටීයතා ජාලවල ගිනි දැල්ල සහ කෙටි පරිපථ ශක්ති සංකේන්ද්ර පරිවර්තක (SST) වලට බරපතල ලෙස බලපායි. සුරැකුම් ක්රමවේද තෝරාගැනීම, වේගය සහ විශ්වාසනීයභාවය සලකා බැලිය යුතු අතර, සුරැකුම් අවශ්යතා SST ආදාන ප්රේරණය සහ සෙමිකන්ඩක්ටර් තෝරාගැනීම සැලකිය යුතු ලෙස බලපායි.
විශ්වාසනීයභාවය: බහු-මොඩියුල සැලසුම් අතිරේකතාව (උදා: N+1 ව්යුහය) හරහා පද්ධති විශ්වාසනීයභාවය වැඩි දියුණු කළ හැකි නමුත්, පාලන පද්ධති සහ සහාය බල සැපයුම් වැනි අතිරේක නොවන සංරචක පද්ධති විශ්වාසනීයභාවය සඳහා සීමාවන් බවට පත්විය හැකිය.
3. කර්මාන්ත යෙදුම් අවස්ථා
3.1 අභිරථ ගමන් සඳහා ඊළඟ පරම්පරාවේ ඇදීමේ පද්ධති
පැරණිතම සහ වඩාත් පරිණත යෙදුම් ක්ෂේත්රය. රථෝපක මත ඇති රේඛීය-භාරිතා ඇදීමේ ට්රාන්ස්ෆෝමර් ප්රතිස්ථාපනය කර AC-DC පරිවර්තනය ක්රියාත්මක කරයි. වැදගත් වාසි වන්නේ >50% බර අඩුවීම, 2-4% කාර්යක්ෂමතා වැඩිවීම සහ ඉඩ economy කිරීම වේ.
3.2 නව බලශක්ති ප්රභව සහ නව බල ජාල
වාතය/සූර්ය: වාත ටර්බයින/PV අරා සඳහා මධ්යම-වෝල්ටීයතා DC එකතු කිරීම සැලසුම් කරයි, කේබල් අලාභ සහ පිරිවැය අඩු කරමින් HVDC සැපයුම් ඒකාබද්ධ කිරීම පහසු කරයි.
DC කුඩා ජාල: AC/DC සහ DC/DC අතුරුමුහුණතක් ලෙස ක්රියා කරමින්, නව බලශක්ති, ගබඩා කිරීම සහ භාරයන් අභිරුචි ලෙස ඒකාබද්ධ කිරීම සහ ශක්ති කළමනාකරණ හැකියාවන් සැලසුම් කරයි.
බුද්ධිමත් ජාල: "ශක්ති රවුටරය" ලෙස ක්රියා කරමින්, වෝල්ටීයතා සහාය, බල ගුණාත්මකභාවය නියාමනය සහ ද්වි-දිශා බල ප්රවාහ පාලනය සැලසුම් කරයි.
3.3 දත්ත කේන්ද්ර බල සැපයුම
සාම්ප්රදායික "LFT + සේවාදායක බල සැපයුම" ව්යුහය ප්රතිස්ථාපනය කර, MVAC කෙලින්ම LVDC (උදා: 48V) හෝ තවත් අඩු වෝල්ටීයතාවලට පරිවර්තනය කරමින්, පරිවර්තන අදියර අඩු කර සමස්ත කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කරයි. අභියෝගය: ඉහළ කාර්යක්ෂම LFT+SiC සෘජුගාමී විසඳුම් මත වත්මන් SST කාර්යක්ෂමතාව සහ බල ඝනත්වය වාසි තවමත් පැහැදිලි නැති අතර, අඩු සංකීර්ණතාව සහ ඉහළ පිරිවැය ඇත.
3.4 විදුලි වාහන අතිශීඝ්ර ආරෝපණය (XFC)
මධ්යම-වෝල්ටීයතා ජාල (10kV හෝ 35kV) සමඟ කෙලින්ම සම්බන්ධ වීම MW-මට්ටමේ ආරෝපණ බලය සැපයීමෙන් "ගෑස් ස්ථාන-මෙන්" අත්දැකීමක් සැලසුම් කරයි. ශක්ති හුබ් තුළ මූලික ගබඩා කිරීම සහ PV උච්චාවචන සඳහා සහ ජාල සේවා (V2G) සඳහා ඒකාබද්ධ කරයි.
3.5 වෙනත් විශේෂිත යෙදුම්
ජලාබක විදුලි ඇදීම: මධ්යම-වෝල්ටීයතා DC බෙදාහැරීමේ පද්ධති තුළ භාවිතා වන අතර, ජනන ප්රතිදාන බාර බෙදීම අවශ්යතාව සහ ශක්ති ගබඩා කිරීම ඒකාබද්ධ කිරීම සැලසුම් කරයි.
අභ්යවකාශ බල පද්ධති: වඩා-විදුලි/සම්පූර්ණ-විදුලි ගුවන් යානා සඳහා බර අඩු, ඉහළ බල ඝනත්වයේ බල බෙදාහැරීමේ විසඳුම් සැලසුම් කරයි.
වරාය "සිසිල් යකඩ": ස්ථරිත ජහාජන් වෙත මධ්යම-වෝල්ටීයතා කූඩු බලය සැපයීම, සහාය එන්ජින් නතු කළ හැකි අතර, මුදාහැරීම් සහ ශබ්ද අඩු කරයි.
4. අභියෝග සහ අනාගත පර්යේෂණ දිශාවන්
4.1 වත්මන් ප්රධාන අභියෝග
අධික පිරිවැය: වත්මන් SST පාදක ප්රතිපත්ති පිරිවැය (CAPEX) සාම්ප්රදායික LFT විසඳුම් ඉක්මවා යයි.
මොඩියුලර් දඬුවම: මොඩියුල ගණන වැඩි කිරීම පද්ධති ප්රමාණය, බර සහ සංකීර්ණතාව අර්ධ-රේඛීය වර්ධනයට මඟ පාදයි, MFT වල ඉහළ බල ඝනත්වයේ වාසි අඩු කරයි.
කාර්යක්ෂමතා සීමාව: බහු-අදියර පරිවර්තනය (AC-DC + DC-DC + DC-AC) ඉහළ කාර්යක්ෂම LFT (>99%) + ඉහළ කාර්යක්ෂම පරිවර්තක (>99%) සංයෝජන ඉක්මවා යාම අපහසු කරයි.
සම්මතීකරණය සහ විශ්වාසනීයභාවය: ඒකාබද්ධ සම්මත සහ දීර්ඝ කාලීන ක්ෂේත්ර ධාවන දත්ත නොමැත; කර්මාන්තයට ගැනීම සඳහා විශ්වාසනීයභාවය සත්යාපනය සහ ආයු කාල පුරෝකථනය තීරණාත්මක වේ.
4.2 අනාගත පර්යේෂණ දිශාවන්
උපාංග සහ ද්රව්ය: ඉහළ වෝල්ටීයතාව (>15kV) SiC උපාංග සංවර්ධනය කිරීම; අඩු අලාභ, ඉහළ තාප සන්නායකතාව, ඉහළ නිවාරණ ශක්තිය සහිත නව ද්රව්ය නිර්මාණය කිරීම.
ස්වරූපය සහ ඒකාබද්ධ කිරීම: ස්විච් ගණන අඩු කිරීම සඳහා ස්වරූප අවම කිරීම; MMC වැනි සංකුචිත ව්යුහ ගවේෂණය කිරීම; සහාය පද්ධති සහ සුරැකුම් පරිමාව අඩු කිරීම සඳහා පද්ධති-මට්ටමේ ඒකාබද්ධ කිරීමේ තාක්ෂණයන් සංවර්ධනය කිරීම.
ප්රදර්ශන ව්යාපෘති: වස්තුනිෂ්ඨ තක්සේර
ඝන-රාජ්ය ට්රාන්ස්ෆෝමරය (SST) සාම්ප්රදායික ට්රාන්ස්ෆෝමර වල සරල ප්රතිස්ථාපනයකට වඩා බෙහෙවින් වැඩිය. එය බහු-ක්රියාකාරී, පාලනය කළ හැකි ස්මාර්ට් ජාල නෝඩයකි. වර්තමාන පිරිවැය සහ ප зрීය මට්ටම් සාම්ප්රදායික විසඳුම් සමඟ සම්පූර්ණ තරඟකාරිත්වයකට ඉඩ නොදෙන අතර, ක්රියාකාරී විවිධත්වය, පාලනය කළ හැකි බව සහ DC ජාල සඳහා ස්වාභාවිකව සහාය දැක්වීම යන ක්ෂේත්රවල එහි විප්ලවීය වාසි අපේක්ෂිත නොවේ. අනාගත සංවර්ධනය බහු-විෂය සහයෝගීතාවය (බල ඇලෙක්ට්රොනික්, ද්රව්ය, ඉහළ වෝල්ටීයතා නිෂේධනය, උෂ්ණත්ව කළමනාකරණය, පාලනය) සහ පැහැදිලි යෙදුම්-ආධාරිත ප්රවේශයන් මත රඳා පවතී. ගමන් පථ පද්ධති, මුහුදු යෙදුම් සහ DC එකතු කිරීම වැනි නිශ්චිත ක්ෂේත්රවල දී, SST දැනටමත් අභිබවා යා නොහැකි වටිනාකමක් පෙන්වා දී ඇත. SiC තාක්ෂණයේ, ශීර්ෂ නවෝත්පාදන සහ පද්ධති අනුකූලීකරණයේ නිරන්තර දියුණුව සමඟ, ඊළඟ දශකය තුළ SST පුළුල් වෙළඳපොළ යෙදුම් වෙත ක්රමයෙන් පුළුල් වීමට අපේක්ෂිත වන අතර, කාර්යක්ෂම, නම්යශීලී සහ දැඩි අනාගත බලශක්ති පද්ධති ගොඩනැගීම සඳහා පදනම් තාක්ෂණයක් බවට පත්වීමට අපේක්ෂිතය. IEE-Business
